甘肃省灵台县邓家川水库工程方案比选

墨宏磊

（甘肃省水利水电勘测设计研究院，甘肃 兰州 730000）

灵台县邓家川水库工程主要以解决村镇生活供水和抗旱应急为主要任务。灵台县多年平均水资源量1.58亿m3，人均现有水资源量仅为689.2 m3，分别为全国、全省平均水资源量的32.2%和59.8%，水资源开发程度为18%，属资源型缺水地区。为满足灵台县乡镇居民生产和生活用水，保证灵台县经济持续有效快速的发展，兴建灵台县邓家川水库工程是必要的。

为保证项目方案在经济和技术决策方面的合理性，选定水库方案和调蓄水池方案进行综合比较。

1 工程地质环境

1.1 工程地质

工程区沟谷呈对称的“U”字型，两岸为低中山及其山间沟壑，与沟底高差约60 m，岸坡坡度20°～40°，植被发育，自然岸坡稳定。Ⅰ级阶地在区内普遍发育，平坦开阔，宽20 m～300 m，地层上部粉质壤土厚0.5 m～1 m，下部砂砾石层厚1.5 m～2.5 m，地下水埋深0.5 m～0.8 m；Ⅱ级阶地仅在左岸坡不连续发育，宽10 m～80 m，地层上部粉质壤土厚10 m～15 m，下部砂砾石层厚2 m～5 m，地下水埋深12 m～15 m。基底岩性为砂质泥岩、粉砂岩及泥岩。

1.2 水文地质

邓家川河水主要由大气降水和部分沟道出露泉补给；松散覆盖层孔隙性潜水主要由河水和大气降水补给，向下游排泄；基岩裂隙性潜水主要由孔隙性潜水补给。经试验，邓家川河水pH 值为 7.84～8.05，水质类型为 HCO3-—Ca2+—Mg2+或 HCO3-—Ca2+型水，矿化度0.45 g/L～0.52 g/L，硫酸根离子含量54.27 mg/L～66.28 mg/L，氯离子含量 13.47 mg/L～14.18 mg/L，水质良好，对普通砼无腐蚀性，对混凝土结构中的钢筋和钢结构具有弱腐蚀性。

2 工程方案选择

2.1 坝址选择

2.1.1 水库方案

为满足工程蓄水形成较大的集水面积、工程区征地移民影响小、有效降低施工期间建筑材料运输成本等要求，水库方案坝址最终选定百里乡政府下游约5 km处，邓家川河汇入达溪河河口以上1.5 km处位置。该位置河道宽度约265 m，库区呈“Ω”型，库容较大，两坝肩基岩出露，局部被坡积碎石土、马兰黄土覆盖。

2.1.2 调蓄水池方案

调蓄水池方案所需总容积为82.8万m3，依据地形条件，在选择的坝址段，适宜修建调蓄水池位置在邓家川河下游段汇入达溪河处的邓家川左岸到达溪河右岸处，地形地质条件较好。但达溪河右岸滩地属省级文物遗址保护区，禁止占用开发，因此达溪河谷段不适宜修建调蓄水池。

受地形条件及水池容积限制，仅在水库方案的坝址下游约270 m处河道左岸一级阶地顺水流方向布置调蓄水池，且位置唯一。根据选定的调蓄水池位置，为避免因引水枢纽坝体较高造成成本增加，同时满足所引河水能以自流方式进入调蓄水池，经计算和现场踏勘，将调蓄水池方案引水枢纽位置选于水库坝址上游约3 km处，沟谷宽约380 m，自然边坡稳定。

2.2 工程布置

2.2.1 水库方案布置

水库挡水坝段从左向右依次布置180.28 m粘土均质坝段、39.6 m连接坝段、21.9 m泄洪冲砂闸坝段和57.36 m混凝土重力坝挡水坝段，坝顶长度299.2 m，坝高19.1 m。根据选定的坝址、供水方案、泄水挡水建筑物坝型，水库大坝采用闸坝结合集中布置的方式，正向泄洪排沙及进水。从泄冲闸胸墙设三根φ＝600 mm钢管及不同高程下的二根中墩预埋钢管取水，根据汛期排沙水位的变化，灵活开启不同高程的引水钢管，压力管道直接向下游供水。

水库方案为低坝取水，按照3级及以下坝的透水率宜为5 Lu～10 Lu的控制要求，将坝基、右坝肩基础置于基岩弱风化层，且满足防渗要求，基岩强风化层以下不再进行防渗。左坝肩在黄土底部与基岩顶面的接触部位有薄层砂砾石层分布，厚约0.6 m，且基岩面低于正常水位，故左坝肩设74.31 m的帷幕灌浆洞进行帷幕灌浆[1]。

2.2.2 调蓄水池方案布置

引水枢纽总长370.0 m，从左至右依次为110.0 m左岸均质土坝段、34.35 m泄洪冲砂闸、30.6 m溢流堰段和195 m右岸均质土坝段，最大坝高5.3 m。泄洪冲砂闸采用底流消能，设5孔闸门，闸室总长16.0 m。溢流堰堰体为WES堰，采用底流消能，坝段长30.0 m。

蓄水池地形沿河道左岸狭长，且高程不断下降，布置单一的调蓄水池，池两端的地面高程相差较大，下游侧池身填方高，填筑量大，占地多，对布置不利，故沿地形及高程呈台阶状布置两座调蓄水池，两池之间设连通管，利用阀门控制水流。为防止邓家川河洪水和左侧冲沟洪水对调蓄水池冲刷破坏，在水池左侧及靠河边一侧设置防洪和防护设施。调蓄水池选定的位置宽190 m，占行洪宽度约63%，依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2017)，调蓄水池防洪建筑物按50年一遇校核洪水设计，校核洪水流量为435 m3/s。经计算，校核洪水位均高于调蓄水池底板高程。

2.3 方案比选

2.3.1 地质条件比选

两方案均存在占用耕地、基坑开挖涌水问题，水库方案存在左坝肩Q1砂砾石层渗漏问题，需垂直防渗；调蓄水池方案池基存在渗漏、洪水和左侧冲沟洪水冲刷问题，须进行防渗、防冲刷处理。两方案无制约性工程地质问题，工程地质条件较好，经技术处理后均可成立。

2.3.2 工程布置比选

水库方案从左至右依次为均质土坝段、连接坝段、泄洪冲砂闸坝段、混凝土挡水副坝段；调蓄水池方案引水枢纽从左至右依次为左岸均质土坝段、左岸连接坝段、泄洪冲砂闸坝段、溢流堰段、右岸连接坝段、右岸均质土坝段，后接长输水管道至调蓄水池。调蓄水池方案总体布置型式及施工组织较水库方案复杂[2]。

2.3.3 工程设计比选

水库方案主要采用均质土石坝和重力坝单面挡水，而调蓄水池坝体为双面挡水。工程区内地基为强透水层砂砾石，河道洪水渗流经过坝体透水砂砾石层进入调蓄水池土工膜和底板下，对均质土坝坝体以及土工膜和底板产生破坏，所以坝体基础砂砾石层须全部清除，并设置截水槽至基岩弱风化层，封闭该位置渗流通道；调蓄水池坝体填筑材料为壤土，池内迎水面铺设土工膜，浸润线较高，影响坝体稳定。可通过两种方法降低坝体浸润线：①调蓄水池池底砂砾石地基中埋设排水管，可降低浸润线高程，而且在地下水位高程接近池底高程时可顺畅排出地下水，降低地下水位和浸润线高度。工程运行管理后，排水管维修和更换难度非常大，从技术角度方面分析不合理[3]；②将调蓄水池坝体填筑材料改为砂砾石料，可有效降低浸润线，但因填筑要求的砂砾石材料匮乏，从经济投资角度分析不合理。

2.3.4 经济性比选

工程布置上，调蓄水池方案坝高比水库方案低，增加了82.8万m3的调蓄水池和长3247.37 m输水管道，因此调蓄水池方案主要建筑工程投资比水库方案投资高，水库方案优势明显，其投资对比见表1。

表1 投资对比表

2.3.5 运行管理方面

调蓄水池总库容82.8万m3，兴利库容68.8万m3，淤积库容14万m3，淤积库容每5年清理一次，而水库方案暂无此项运行费用，所以在工程运行方面水库方案优于调蓄水池方案。

3 结论

甘肃省灵台县邓家川水库供水工程初步选定水库和调蓄水池两种方案，其中调蓄水池建筑物布置型式较水库方案复杂，且投资高、施工难度大，运行管理不便。从技术角度分析，调蓄水池坝体侵占天然河道，对河道行洪造成安全隐患，随着河道水位变化，河道水位与调蓄水池蓄水位存在高差，且差值及正负不断变化，内渗现象频现，对坝体安全稳定造成影响；从经济性角度分析，调蓄水池方案坝高比水库方案低，但增加了调蓄水池、输水管道和运行管理方面的费用，调蓄水池方案主要建筑工程投资比水库方案投资高。因此，最终确定选择水库方案。